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铁电材料研究团队在基于飞秒激光的铁电畴探测方面取得突破
发布时间:2018年11月05日   阅读:

近日,我校材料科学与工程学院铁电材料研究团队在铁电材料畴结构表征方面的研究取得了重要进展,相关成果以Characterization of domain distributions by second harmonic generation in ferroelectrics为题发表在npj Computational Materials期刊上。该期刊由中国科学院上海硅酸盐研究所与英国自然出版集团(Nature Publishing Group,NPG)以伙伴关系合作出版, 影响因子为8.941。论文的第一作者是材料科学与工程学院博士研究生张园,钟向丽教授、周益春教授和袁建民教授为共同通讯作者。这一成果标志着我校在铁电材料畴超快动力学研究方面有了进一步的突破。

铁电材料中畴动力学是铁电器件的物理基础。然而,真实的器件中铁电畴的反转和运动速度一般在皮秒量级(10-12秒),这使得铁电畴反转的实时观测极其困难。为了攻克这一难题,周益春教授提出了用飞秒激光作为探测手段来破解。这一想法的基本出发点是:飞秒激光是具有时域脉冲宽度在飞秒(10-15秒)量级的激光。基于飞秒激光的泵浦探测手段具有超高的时间分辨率,是一种可能用于探测铁电畴这一超快动力学过程的好手段。它在时间分辨率上的巨大优势使得其对运动速度在皮秒量级的铁电畴的跟踪依然游刃有余。相比其它畴动力学探测手段,基于飞秒激光探测方法除了探测速度优势外,在探测效率方面也有明显提升,尤其对于铁电器件中大规模畴稳定性的无损评估相当具有潜力。

基于以上的想法,我校铁电材料研究团队与国防科技大学袁建民教授领导的团队密切合作,发展了基于飞秒激光的铁电畴分布表征的新方法:方位角-偏振依赖光学二次谐波探测方法。他们收集了不同样品方位角和入射光偏振角下铁电薄膜产生的光学二次谐波信号,并建立了相关的方位角-偏振依赖光学二次谐波模型;通过拟合测得的相关实验数据与理论模型,确定了71°和109°畴壁的菱方相BiFeO3,及四方相BiFeO3、Pb(Zr0.2Ti0.8)O3和BaTiO3等铁电薄膜复杂或简单的畴结构,并准确获得了该畴结构的分布情况。此项工作开发了一种优化的全光学方法,能准确得到铁电薄膜中的铁电畴结构及分布情况,可用来跟踪和评估铁电器件中铁电畴的演变过程。该文近期发表于npj Computational Materials 4: 39 (2018)。此工作是铁电研究团队在这个方向的工作之一,还有一系列基于飞秒激光的超快探测相关工作在向前推进。

据了解,我校铁电材料研究团队近一年以来还在柔性铁电材料、新型多铁材料等多个方向均取得了突破性进展,相关工作分别发表在Science Advances 3, e1700121 (2017) 和Nature Communications 9, 658 (2018)上。

论文原文:Characterization of domain distributions by second harmonic generation in ferroelectrics 原文链接:https://www.nature.com/articles/s41524-018-0095-6

 

(来源:材料科学与工程学院)

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